汞是一種被廣泛使用的高毒性金屬元素，且其不同型態對人體健康的影響亦有所差異。環境水體中的汞有可能會透由生物累積與放大效應進入人體，並於人類尿液中排出。因此，監測環境水體與人類尿液中之汞物種含量有助於瞭解人類的汞暴露情形。然而，樣品中之低汞物種含量與複雜基質使得分析工作經常受到阻礙。有鑑於此，本研究擬開發一套兼具高靈敏度與高基質耐受度之微流體晶片蒸氣生成裝置，並串聯高效能液相層析與感應耦合電漿質譜儀，藉以建立一套汞物種的連線分析系統。此系統中係利用高光通透率與低成本之聚甲基丙烯酸甲酯為晶片基材，建立一用於光觸媒輔助蒸氣還原之微流體的介面裝置。最後於實驗結果中顯示，在最適化操作條件下，僅需15秒的反應時間即可擁有良好的訊號強度，且汞離子與甲基汞之偵測極限分別達到1.39 ng L −1與2.95 ng L −1。並透由真實樣品之測定確認此系統實際應用於環境水體以及尿液樣品中之汞物種濃度監測的能力，證實此系統確實為一套具有潛力的汞物種連線分析技術。

Mercury (Hg) is one of the most toxic elements impacting on human and ecosystem health. Each form of Hg possesses different physicochemical properties and toxicity profiles. In aquatic environments, the transformation of Hg species makes Hg more prone to biomagnification and bioaccumulation in food chains. In humans, food chain is the predominant route of exposure to Hg while urine is the excretory route. Thus, the concentration of Hg species in water and urine samples is conductive to assessing long-term body exposure. Nevertheless, the determination of Hg is still a challenge for analytical scientists due to the low-level of Hg and complex matrix in samples. To overcome these challenges, we developed a ultrasensitive and highly matrix tolerant microfluidic-based vapor generation (VG) system to couple with high-performance liquid chromatography (HPLC) separation and inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) detection for the determination of Hg species. The VG system exploited poly(methyl methacrylate) (PMMA) substrates of high optical quality to fabricate a microfluidic-based photocatalyst-assisted reduction device (microfluidic-based PCARD). Under the optimized conditions, the HPLC/TiO2-coated microfluidic-based PCARD/ICP-MS system enabled us to achieve detection limits of 1.39 and 2.95 ng L −1 for mercuric mercury (Hg2+) and methylmercury (MeHg+), respectively. Both Hg2+ and MeHg+ could be efficiently vaporized within 15 s, while a series of validation experiments indicated that our proposed method could be satisfactorily applied to the determination of Hg species in both human urine and environmental water samples.

中文摘要 I
英文摘要 II
謝誌 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章、前言 1
1.1 汞物種分析之重要性 1
1.1.1 汞的型態及其毒性 2
1.1.2 人體汞暴露及其代謝機制 5
1.1.3 環境中汞物種之來源與分布 6
1.2 汞物種分析技術發展現況 9
1.3 研究目的與因應策略 13
第二章、儀器分析及原理 15
2.1 高效能液相層析法 15
2.2 感應耦合電漿質譜儀 18
2.2.1 樣品導入系統 19
2.2.2 離子源 21
2.2.3 離子透鏡 24
2.2.4 四極柱質量分析器 27
2.2.5 偵測器 28
第三章、實驗部分 31
3.1 儀器裝置與藥品 31
3.1.1 儀器裝置 31
3.1.2 藥品與試劑 33
3.1.3 管柱清洗與保存 34
3.2 晶片型光反應器製作 34
3.2.1 微流道晶片製作 35
3.2.2 奈米二氧化鈦薄膜披覆 36
3.3 連線分析系統之建立 38
3.4 真實樣品分析與製備 38
第四章、結果與討論 39
4.1 層析分離最適化條件探討 39
4.1.1 L-cysteine濃度對層析分離效果之影響 41
4.1.2 2-mercaptoethanol濃度對層析分離效果之影響 42
4.1.3 甲醇濃度對層析分離效果之影響 43
4.2 光還原反應最適化條件探討 44
4.2.1 甲酸濃度對光還原效率之影響 45
4.2.2 pH值對光還原效率之影響 46
4.3 連線分析系統效能評估 49
4.3.1 連線分析系統特性與分析方法之確效 49
4.3.2 真實樣品中之汞物種的分析 55
第五章、結論 59
第六章、參考文獻 61
附錄、論文口試審查委員意見修正情形一覽 67

[1] US ATSDR, Toxicological Profile for Mercury; US Department of Health and Human Services, Public Health Service: Atlanta, GA, 1999.
[2] Clarkson, T. W.; Magos, L. Crit. Rev. Toxicol. 2006, 36, 609–662.
[3] 蘇明德，汞的自述；行政院國家科學委員會，台北，2008。
[4] UNEP, Mercury: Time to act; United Nations Environment Programme: Geneva, Switzerland, 2013.
[5] Harada, M. Crit. Rev. Toxicol. 1995, 25, 1–24.
[6] Tsoi, Y. K.; Tam, S.; Leung, K. S. Y. J. Anal. At. Spectrom. 2010, 25, 1758–1762.
[7] US ATSDR, Priority List of Hazardous Substances. US Department of Health and Human Services, Public Health Service, https://www.atsdr.cdc.gov/spl/resour
ces/index.html (accessed July, 2017).
[8] Zahir, F.; Rizwi, S. J.; Haq, S. K.; Khan, R. H. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2005, 20, 351–360.
[9] Rice, K. M.; Walker, E. M., Jr.; Wu, M.; Gillette, C.; Blough, E. R. J. Prev. Med. Public Health 2014, 47, 74–83.
[10] Holmes, P.; James, K. A.; Levy, L. S. Sci. Total Environ. 2009, 408, 171–182.
[11] IARC, Beryllium, Cadmium, Mercury, and Exposures in the Glass Manufacturing Industry; World Health Organization International Agency for Research on Cancer: Geneva, 1993; Vol. 58.
[12] Chrystall, L.; Rumsby, A., Mercury Inventory and Flow Analysis for New Zealand 2008; Pattle Delamore Partners Limited: New Zealand, 2009.
[13] Halbach, S.; Clarkson, T. W. Biochem. Biophys. Acta. 1978, 523, 522–531.
[14] Hursh, J. B.; Sichak, S. P.; Clarkson, T. W. Pharmacol. Toxicol. 1988, 63, 266–273.
[15] Pavlogeorgatos, G.; Vasilis, K. Global NEST J. 2002, 4, 107–125.
[16] Vahter, M.; Berglund, M.; Akesson, A.; Liden, C. Environ. Res. 2002, 88, 145–155.
[17] Berlin, M.; Zalups, R. K.; Fowler, B. A. In Handbook on the Toxicology of Metals (Fourth Edition); Academic Press: San Diego, 2015, pp 1013–1075.
[18] Syversen, T.; Kaur, P. J. Trace Elem. Med. Biol. 2012, 26, 215–226.
[19] Loredo, J.; Pereira, A.; Ordonez, A. Environ. Int. 2003, 1043, 1–11.
[20] Ehrenstein, C.; Shu, P.; Wickenheiser, E. B.; Hirner, A. V.; Dolfen, M.; Emons, H.; Obe, G. Chem. Biol. Interact. 2002, 141, 259–274.
[21] Iyengar, G. V.; Rapp, A. Sci. Total Environ. 2001, 280, 221–238.
[22] Roles, H. A.; Boeckyx, M.; Ceulemans, E.; Lauwerys, R. Br. J. Ind. Med. 1991, 48, 247–253.
[23] Tchounwou, P. B.; Ayensu, W. K.; Ninashvili, N.; Sutton, D. Environ. Toxicol. 2003, 18, 149–175.
[24] Leopold, K.; Foulkes, M.; Worsfold, P. Anal. Chim. Acta 2010, 663, 127–138.
[25] Leopold, K.; Foulkes, M.; Worsfold, P. J. Trac-Trends Anal. Chem. 2009, 28, 426–435.
[26] Puanngam, M.; Dasgupta, P. K.; Unob, F. Talanta 2012, 99, 1040–1045.
[27] Yun, Z.; He, B.; Wang, Z.; Wang, T.; Jiang, G. Talanta 2013, 106, 60–65.
[28] Kula, I.; Solak, M. H.; Ugurlu, M.; Isiloglu, M.; Arslan, Y. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2011, 87, 276–281.
[29] de Souza, S. S.; Campiglia, A. D.; Barbosa, F., Jr. Anal. Chim. Acta 2013, 761, 11–17.
[30] Jagtap, R.; Maher, W. Microchem. J. 2015, 121, 65–98.
[31] Kuban, P.; Houserova, P.; Kuban, P.; Hauser, P. C.; Kuban, V. Electrophoresis 2007, 28, 58–68.
[32] Stoichev, T.; Rodriguez Martin-Doimeadios, R. C.; Tessier, E.; Amouroux, D.; Donard, O. F. Talanta 2004, 62, 433–438.
[33] Jackson, B.; Taylor, V.; Baker, R. A.; Miller, E. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 2463–2469.
[34] Gao, Y.; Shi, Z. M.; Long, Z.; Wu, P.; Zheng, C. B.; Hou, X. D. Microchem. J. 2012, 103, 1–14.
[35] Delafiori, J.; Ring, G.; Furey, A. Talanta 2016, 153, 306–331.
[36] Gao, Y.; Liu, R.; Yang, L. Chin. Sci. Bull. 2013, 58, 1980–1991.
[37] Guo, X. M.; Sturgeon, R. E.; Mester, Z.; Gardner, G. J. Anal. Chem. 2003, 75, 2092–2099.
[38] Guo, X. M.; Sturgeon, R. E.; Mester, Z.; Gardner, G. J. Anal. Chem. 2004, 76, 2401–2405.
[39] Zheng, C. B.; Li, Y.; He, Y. H.; Ma, Q.; Hou, X. D. J. Anal. At. Spectrom. 2005, 20, 746–750.
[40] Han, C. F.; Zheng, C. B.; Wang, J.; Cheng, G. L.; Lv, Y.; Hou, X. D. Anal. Bioanal. Chem. 2007, 388, 825–830.
[41] Matusiewicz, H.; Stanisz, E. J. Braz. Chem. Soc. 2012, 23, 247–257.
[42] Yin, Y. M.; Liang, J.; Yang, L. M.; Wang, Q. Q. J. Anal. At. Spectrom. 2007, 22, 330–334.
[43] Chen, K.-J.; Hsu, I-H.; Sun, Y.-C. J. Chromatogr. A 2009, 1216, 8933–8938.
[44] Shih, T.-T.; Lin, C.-H.; Hsu, I-H.; Chen, J.-Y.; Sun, Y.-C. Anal. Chem. 2013, 85, 10091–10098.
[45] Douglas A. Skoog; F. James Holler; Crouch, S. R., Principles of Instrumental Analysis, 6 ed.; Thomson Brooks: USA, 2007, p 817.
[46] Hight, S. C.; Cheng, J. Anal. Chim. Acta 2006, 567, 160–172.
[47] Robards, K.; Starr, P.; Patsalides, E. Analyst 1991, 116, 1247–1273.
[48] Jarvis, K. E.; Gray, A. L.; Houk, R. S., Handbook of Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry; Blackie & Son Ltd.: Chapman and Hall, New York, USA., 1992.
[49] Taylor, H. E., Inductively coupled plasma mass spectrometry, 1 ed.; Academic Press: USA, 2000.
[50] Dedina., J.; Tsalev., D. L., Hydride Generation Atomc Absorption Spectrometry, 1 ed.; Wiley: USA, 1995.
[51] Todolí, J. L.; Mermet, J. M. Trac-Trends Anal. Chem. 2005, 24, 107–116.
[52] 陳麗真，ICP-MS基本原理；PerkinElmer。
[53] 曾維昌、黃友利、謝俊明、石東生、林德賢，勞工生物檢體汞物種偵測分析方法研究；行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所，2000。
[54] Parker, J. L.; Bloom, N. S. Sci. Total Environ. 2005, 337, 253–263.
[55] 水中汞檢測方法－氧化/吹氣捕捉/冷蒸氣原子螢光光譜法（NIEA W331.50B）。取自行政院環境保護署環境檢驗所，https://www.niea.gov.tw/analysis/method/
m_n_1.asp?m_niea=W331.50B（2017年7月）。
[56] Cairns, W. R.; Ranaldo, M.; Hennebelle, R.; Turetta, C.; Capodaglio, G.; Ferrari, C. F.; Dommergue, A.; Cescon, P.; Barbante, C. Anal. Chim. Acta 2008, 622, 62–69.
[57] Yin, Y. G.; Wang, Z. H.; Peng, J. F.; Liu, J. F.; He, B.; Jiang, G. B. J. Anal. At. Spectrom. 2009, 24, 1575–1578.
[58] Santoyo, M. M.; Figueroa, J. A.; Wrobel, K.; Wrobel, K. Talanta 2009, 79, 706–711.
[59] Liu, Q. Y. Microchem. J. 2010, 95, 255–258.
[60] Rodrigues, J. L.; de Souza, S. S.; de Oliveira Souza, V. C.; Barbosa, F., Jr. Talanta 2010, 80, 1158–1163.
[61] Wang, Z. H.; Yin, Y. G.; He, B.; Shi, J. B.; Liu, J. F.; Jiang, G. B. J. Anal. At. Spectrom. 2010, 25, 810–814.
[62] Jia, X.; Han, Y.; Liu, X.; Duan, T.; Chen, H. Spectroc. Acta Pt. B-Atom. Spectr. 2011, 66, 88–92.
[63] Jia, X.; Han, Y.; Wei, C.; Duan, T.; Chen, H. J. Anal. At. Spectrom. 2011, 26, 1380–1386.
[64] Batista, B. L.; Rodrigues, J. L.; de Souza, S. S.; Oliveira Souza, V. C.; Barbosa, F., Jr. Food Chem. 2011, 126, 2000–2004.
[65] Jagtap, R.; Krikowa, F.; Maher, W.; Foster, S.; Ellwood, M. Talanta 2011, 85, 49–55.
[66] Zhang, S. X.; Luo, H.; Zhang, Y. Y.; Li, X. Y.; Liu, J. S.; Xu, Q.; Wang, Z. H. Microchem. J. 2016, 126, 25–31.
[67] Minnich, M. G.; McLean, J. A.; Montaser, A. Spectroc. Acta Pt. B-Atom. Spectr. 2001, 56, 1113–1126.
[68] Tan, T.; Beydoun, D.; Amal, R. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2003, 159, 273–280.
[69] Miranda, C.; Yáñez, J.; Contreras, D.; Garcia, R.; Jardim, W. F.; Mansilla, H. D. Appl. Catal. B: Environ. 2009, 90, 115–119.
[70] Wang, K. H.; Hsieh, Y. H.; Chen, L. J. J. Hazard. Mater. 1998, 59, 251–260.
[71] Guillard, C.; Puzenat, E.; Lachheb, H.; Houas, A.; Herrmann, J.-M. Int. J. Photoenergy 2005, 7, 1–9.
[72] López-Muñoz, M. J.; Aguado, J.; Arencibia, A.; Pascual, R. Appl. Catal. B: Environ. 2011, 104, 220–228.
[73] 水中汞檢測方法－冷蒸氣原子吸收光譜法（NIEA W330.52A）。取自行政院環境保護署環境檢驗所，https://www.niea.gov.tw/analysis/method/m_n_1.asp（2017年7月）
[74] 尿中總汞冷蒸氣–原子吸收光譜法（方法編號：BM005）。取自勞動部勞動及職業安全衛生研究所：生物偵測分析方法資料庫，http://www.ilosh.gov.tw/menu/1188/1196/%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%81%B5%E6%B8%AC%E5%88%86%E6%9E%90%E6%96%B9%E6%B3%95%E8%B3%87%E6%96%99%E5%BA%AB/（2017年7月）。
[75] 陳建逸、孫毓璋，開發二氧化鈦輔助式前濃縮暨原位蒸氣生成晶片串聯感應耦合電漿質譜儀進行尿液與環境水樣品中無機汞離子的線上測定；碩士論文，國立清華大學：台灣，2013。
[76] 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所，作業環境中有害物勞工暴露生物偵測分析方法驗證程序；2004。
[77] 放流水標準。取自全國法規資料庫，http://law.moj.gov.tw/LawClass/LawContent.aspx?PCODE=O0040004（2017年7月）。
[78] 地面水體分類及水質標準。取自行政院環境保護署全國環境水質監測資訊網，http://wq.epa.gov.tw/Code/Business/Statutory.aspx（2017年7月）。
[79] 飲用水水質標準。取自全國法規資料庫，http://law.moj.gov.tw/LawClass/LawAll.aspx?PCode=O0040019（2017年7月）。